ПРОДОЛЖЕНИЕ ЛЕКЦИИ № 22

2. КУКУРУЗА КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КРАХМАЛА

Основные сведения

Кукуруза, или маис, – однолетнее растение, принадлежащее к семейству злаковых, роду Zеа, который представлен только одним видом Zеа Мауs. В отличие от других хлебных злаков кукуруза – однодомное растение. Мужские соцветия в виде метелки располо­жены на верхушке стебля, а женские образуют початки, сидящие в пазухах листьев. Стебель кукурузы прямостоячий, высотой от 0,6 до 6,0 м в зависимости от сорта кукурузы, а также климатиче­ских и почвенных условий произрастания.

Неодновременное зацветание мужских и женских цветов одного и того же растения делает кукурузу почти полностью перекрестно-опылителем. В этом проявляется принцип естественного самосохра­нения, так как самоопыление приводит к вырождению кукурузы.

На стебле развивается 1÷2 початка, редко больше. Кукуруз­ный початок представляет собой почти цилиндрический стержень, на поверхности которо-го расположены ячейки, а в них продольны­ми рядами размещены зерна. Початок одет несколькими слоями видоизмененных листьев, называемых обертками. Родиной кукуру­зы считают Южную Америку, откуда она была завезена в Европу моряками Колумба в XV в. и быстро распространилась в Испании, Италии, на Балканах, в Турции, а в XVII в. ее начали сеять в юж­ных районах России. В настоящее время кукуруза получила очень широкое распространение. В мировом производстве зерновых культур она занимает второе место: по посевных площадям – пос­ле пшеницы и по валовому сбору зерна – после риса.

Районами широкого возделывания кукурузы в странах СНГ являются Украина и Молдавия, Северный Кавказ, Ростов­ская область, Закавказье, республики Средней Азии, Нижняя Вол­га, Воронежская и Курская области. Посевные площади кукурузы в основном находятся в Шеки-Закатальской зоне. Кукурузу выращивают также в Гахе, Балакане. Часть урожая кукурузы снимают в зеленом виде для силосования. Кукуруза – растение теплолюби­вое. Сеют ее весной, когда почва на глубине 10 см прогреется до температуры 10°С. Норма высева семян 15÷25 кг на 1 га, глубина заделки 8÷10 см. В зависимости от почвенных и климатиче­ских условий густота стояния растений кукурузы составляет от 25 до 45 тыс. на 1 га. Уход за посевами кукурузы, а также уборка ее полностью механизированы.

Кукуруза дает очень высокие урожаи. Совершенствующаяся с каждым годом агротехника и организация широкого производства высококачествен-ного семенного материала обеспечивают постоян­ный рост урожайности.

В настоящее время средние урожаи кукурузного зерна дости­гают 35÷50 ц/га, а в особо благоприятных условиях и на поливных участках – 100 ц/га и более. Следует отметить, что в период вызревания происходит интенсивный прирост массы зерна за счет сухих веществ остальной части растения кукурузы. Это наглядно показывают данные Н. Вайнберга, приведенные в табл. 22.1. По­этому уборку кукурузы следует производить в состоянии полной спелости.

 Таблица 22.1.- Абсолютно сухая масса одного растения (средняя по 40 растениям, в г)

Кукуруза — ценное сырье для крахмало-паточного и спиртово­го производства, а также непревзойденная фуражная культура.

При выращивании на силос она дает с гектара 500÷1000 ц, зеленой массы, обладающей высокими кормовыми качествами. Кукурузный стебель за две недели до полного вызревания и листья, высушенные в поле за шесть недель до полного вызревания, имеют химический состав (по Бензину), приведенный в табл. 22.2.

Таблица 22.2.- Химический состав стебля и листьев кукурузы (в %)

Исследования показали, что в процессе формирования и созре­вания химический состав кукурузного зерна сильно изменяется: происходит накоп-ление крахмала и жира, а содержание азотистых, и минеральных веществ уменьшается. Это подтверждают данные Писаревского, приведенные в табл. 22.3.

Во всех зонах возделывания кукурузы в нашей республике райони­рованы и выращиваются сорта и гибриды, приспособленные к местным условиям и наиболее урожайные в данном районе. Пе­речень райониро­ванных сортов и гибридов кукурузы ежегодно уточняется и пополняется новыми.

Сорта и гибриды кукурузы с длинным вегетационным перио­дом, как правило, более урожайны, чем скороспелые. Поэтому районирование сортов и гибридов производится раздельно для посева кукурузы на силос и спелое зерно.

Таблица 22.3.- Изменение химического состава в процессе формирования и созревания кукурузного зерна (в % по СВ)

В последние годы в большинстве областей вместо ранее рас­простра­ненных сортов, а также межсортовых гибридов райониру­ются сортолинейные и межлинейные гибриды. Широкое распро­странение получили гибриды ВИР-42, ВИР-156, ВИР-25, ВИР-156 ТВ, ВИР-25ТВ, Буковинские 2 и 3, Днепропетров­ский 56 и др.

По сравнению с сортами гибриды являются более ценными лри посеве не только на зерно, но и на силос с уборкой в период молочно-восковой спелости. Они дают высокие урожаи зеленой массы, отличающейся хорошим качеством.

Наибольшее распространение имеет кукуруза с зерном желтой и белой окраски, реже — с оранжевой и вишнево-красной. Совсем редко встречаются сорта кукурузы с зернами почти черными или темно-синими.

Ботанические подвиды кукурузы

В зависимости от формы зерна и степени развития роговидной части эндо­сперма кукурузу принято делить на следующие ботанические подвиды.

Кремнистая. Характеризуется сильно развитым роговидным слоем эндо­сперма. Зерно гладкое, неморщинистое, слабо удлиненной формы с округлой вершиной. Внутреняя часть эндосперма мучнистая. Отличается коротким веге­тационным периодом и повышенной засухоустойчивостью; хорошо хранится.

Зубовидная. Зерно гладкое, неморщинистое, блестящее только с боков, продолговато-удлиненное, с вдавленной вершиной. По форме зерно напоми-нает конский зуб. Отличается сравнительно длинным вегетационным перио-дом. В верхушке зерна эндосперм мучнистый, по бокам — роговидный.

Крахмалистая (мучнистая). Зерно гладкое, матовое, с округлой вершиной. Эндосперм почти нацело мучнистый, без заметных признаков роговид-ности. Зерно обладает высокой гигроскопичностью, легко подвержено грибным заболе­ваниям, нестойко при хранении и не дает высоких урожаев.

Восковидная. Зерно имеет матовую поверхность, напоминающую твердый воск. Периферийная часть эндосперма непрозрачная, роговидной структуры. Внутренняя часть эндосперма мучнистая. Крахмал почти нацело состоит из амилопектина и не дает с йодом синего окрашивания.

Лопающаяся (рисовая и перловая). Початки и зерна мелкие. Зерно имеет удлиненную форму и блестящую поверхность. Эндосперм почти нацело рого­видный.

Сахарная. Зерно морщинистое, округлое, с высоким содержанием раствори­мых углеводов, жира и белка, применяется для консервирования.

Чешуйчатая. Отличается тем, что на початке каждое зерно самостоятельна заключено в оболочку (чешуйку).

Зубовидная и кремнистая кукуруза выращивается в массовых количествах и имеет большое народнохозяйственное значение как наиболее урожай-ная. Восковндная кукуруза начала культивироваться в последнее время как сырье для получения амилопектинового крахмала.

Кукуруза остальных ботанических подвидов находит ограниченное при­менение и производится в незначительных количествах. В зависимости от цвета и формы зерна действующий ГОСТ подразделяет кукурузу на девять типов (табл. 22.4).

Таблица 22.4. - Характеристика типов кукурузы

1.1. Строение и химический состав зерна

Кукурузный початок (рис.22.5), очищенный от обвертки, со­стоит из стержня и зерен. На зерно приходится 75÷84%, а на стержень 25÷16% массы початка.

Зерна кукурузы крупные. Масса 1000 зерен в зависимости от сорта кукурузы и условий произрастания составляет от 200 до 1100 г.

Кукурузное зерно (рис.22.6) со­стоит из зародыша 4, богатого жи­ром и занимающего более ¹/з пло­щади про-дольного разреза зерна, чехлика 8 на зародышевом конце, плодовой оболочки, покрывающей поверхность зерна, семенной обо­лочки из водонепроницаемых и пиг­ментных слоев, расположенной под. плодовой оболочкой, и эндосперма, находящегося под семенной оболоч­кой. Эндосперм представляет собой толсто­стенные клетки, заполненные крахма­лом. Верхний его слой из крупных прозрачных клеток назы­вают алейро­новым. Строение эндосперма в различных частях зерна неодинаково. Периферийные клетки тесно прилегают друг к другу и плотно заполнены крахмальными зернами угловатой формы, склеенными между собой протеином. На рис. 22.6 показаны кремнистая часть эндосперма 2 и 3, состоящая из роговидных и полупрозрачных клеток, и более рыхлая, мучнистая часть 1 и 5. Ее клетки запол­нены крахмальными зернами округлой формы, почти не связанными между собой. В центре зерна виден зародыш 4, имеющий коре-шок 7 и стебелек 6. Место прикрепления зерновки к стержню початка называется чехликом 5.

У различных сортов кукурузы количественное соотношение частей зерна различно. На долю зародыша приходится 10÷14% массы зерна, на долю эндосперма – 81÷84%. Крем­нистая и мучнистая части эндосперма в зависимости от сорта кукурузы могут находиться в самых разных массовых соотношениях. На оболочку приходится 5÷6,5%. Н. П. Кузьмина для основных составных частей кукурузного зерна указывает соотношения, приведенные в табл. 22.5.

Таблица  22.5. - Соотношение основных составных частей кукурузного зерна

(в % массы зерна)

Отдельные составные части зерна заметно отличаются по хи­мическому составу  (табл. 22.6). Крахмал почти полностью сосредоточен в эндосперме, жиры, зола и сахар – в зародыше, азоти­стые вещества – в эндосперме и зародыше.

Таблица 22.6. - Химический состав отдельных частей зерна кукурузы (в % массы зерна)

Химический состав зерна различных ботанических подвидов кукурузы неодинаков (табл. 22.7). Зависит он также от почвенных и климатических условий произрастания и от степени вызревания.

Таблица  22.7.- Химический состав зерна кукурузы различных ботанических подвидов (в % по СВ зерна)

Многие исследования показывают, что различие в среднем хи­мическом составе трех основных ботанических подвидов (зубо­видная, кремнистая, мучнистая), имеющих практическое народ­нохозяйственное значение, невелико, что видно из табл. 22.7. Зна­чительно большие расхождения бывают в хими-ческом составе кукурузы одного и того же подвида и даже одного и того же сор­та, но выращенных в различных условиях.

По технологическим соображениям для крахмального произ­водства представляет интерес кукуруза мучнистых сортов, так как отсутствие в ней роговидного эндосперма облегчает извлечение крахмала. Однако наиболее урожайными и крахмалистыми явля­ются лучшие сорта и гибриды зубовидной кукурузы, а современ­ная техника производства позволяет достигнуть высокой степени извлечения крахмала и при переработке кукурузы с роговидным эндоспермом. Поэтому наиболее выгодными для производства крахмала с народнохозяйственной точки зрения следует считать лучшие сорта и гибриды зубовидной и полузубовидной кукурузы.

Крахмал обычных сортов кукурузы, как и картофельный, со­стоит из амилозы (21÷30%) и амилопектина (79÷70%), а крах­мал восковидной куку­рузы – почти из одного амилопектина. В то время как амилоза картофельного крахмала почти не отличается от амилозы кукурузного крахмала, амилопек­тин отличается по ряду признаков. Так, электропроводность картофельного амило­пектина в 30 раз, а концентрация водородных ионов в 1%-ном растворе в 150 раз больше, чем кукурузного амилопектина. Этим объясняется более высокая кислотность картофельного крахмала.

Белок кукурузного зерна состоит из различных по химическо­му сос­таву и физико-химическим свойствам групп: альбуминов (водораствори­мых), глобулинов (нерастворимых в воде, но раство­ряющихся в 10%-ном растворе NаС1), глютелинов (нераствори­мых в воде, растворах солей и спирта, но растворимых в 0,2%-ном растворе щелочи) и проламина – зеина (растворяющегося в 80÷85%-ном спирте). Первые три группы белков относятся к био­логически полноценным, так как в их состав входят в достаточ­ном количестве все незаменимые аминокислоты, которые в орга­низме человека и животных не синтезируются и должны посту­пать с пищей.

Средний состав белка зерна различных ботанических подви­дов кукурузы, по данным Н. П. Козьминой, приведен в табл.22.8.

Как видно из таблицы, групповой состав белков и их биоло­гическая полноценность у основных трех подвидов кукурузы (зу­бовидной, кремнистой и мучнистой) почти одинаковы. Несколько занижено значение БП белков восковидной и лопающейся куку­рузы вследствие более высокого содержания зеина. Из всех под­видов кукурузы по составу белка особое место занимает сахар­ная. В ней содержится больше альбуминов и меньше зеина; по­этому она имеет самое высокое значение БП.

Основной вид белка кукурузы – проламин (зеин). Его изоэлектрическая точка соответствует рН 6,2, а зона коагуляции на­ходится между рН 3,0 и 7,0. В процессе замачивания кукурузы в экстракт переходит большая часть белка из зародыша, так как в нем содержится около 70% глобулинов всего зерна. Зеин почти полностью, а глютелины частично переходят в глютен и мезгу.

В зародыше находится также основная масса жиров кукуруз­ного зерна (около 75%). Кукурузное масло на 86% состоит из линолевой и олеиновой кислот и относится к группе полувысы­хающих масел. В рафинированном виде это масло является цен­ным пищевым продуктом.

Минеральные вещества распределены в отдельных частях ку­курузного зерна неравномерно. Основное их количество сосредо­точено в зародыше и в оболочке, меньше всего – в эндосперме.

Минеральные вещества кукурузного зерна состоят главным образом из солей калия, магния, кальция, натрия и железа.

Существенное значение для технологического процесса имеет количество находящегося в зерне фосфора, затрудняющего выде­ление железа из паточных и глюкозных сиропов.

Количественное соотношение зольных элементов в кукурузном зерне меняется в широких пределах и сильно зависит от харак­тера почвы, коли­чества и качества применяемых удобрений и кли­матических условий произ­растания кукурузы. В табл. 22.9 прнводятся средний состав золы и распре­деление ее в основных частях зерна кукурузы, по данным И. Д. Буромского.

Таблица  22.9.- Состав золы и распределение ее в основных частях зерна кукурузы (% к ее общему количеству)

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ

Напечатать